淺析火力發(fā)電廠電除塵器節(jié)能技術(shù).doc

淺析火力發(fā)電廠電除塵器電源發(fā)展方向高頻電源程中岳、宋志強(qiáng)、楊奎剛（郵編：727100 工作單位：華能銅川電廠）摘 要：節(jié)能環(huán)保是我國的基本國策，已日益受到國家、企業(yè)、乃至個(gè)人的重視。在火力發(fā)電企業(yè)，廠用電率能夠得到有效的控制，可以降低火力發(fā)電企業(yè)的發(fā)電成本，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。電除塵系統(tǒng)在火力發(fā)電廠廠用電率約占10%左右，如果在現(xiàn)有電除塵器保證除塵效率的前提下能降低電除塵器能耗具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。新型電除塵節(jié)能控制系統(tǒng)-高頻電源技術(shù)已在多個(gè)大型火電廠成功應(yīng)用，效果十分顯著，在保證除塵效率的前提下，節(jié)電率可最高可達(dá)80以上，平均節(jié)電超過60，達(dá)到了保效節(jié)能的目的。關(guān)鍵詞：節(jié)能降耗；電除塵器；高頻電源技術(shù)前言：隨著全球人類對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)和認(rèn)識(shí)的不斷提高，電除塵技術(shù)已成為煙塵治理中最重要的技術(shù)之一，成為大型燃煤電廠煙塵治理的首選，世界各國對(duì)排放到大氣中的煙塵也有了更高和更新的標(biāo)準(zhǔn)，西方國家要求不大于30mg/Nm3，我國排放標(biāo)準(zhǔn)要求不大于50mg/Nm3；西方國家關(guān)注PM10和PM2.5的細(xì)微粉塵排放問題，歐洲環(huán)保規(guī)定PM10的排放要小于50g/Nm3。電除塵技術(shù)在火力發(fā)電廠是一項(xiàng)很重要的防治大氣污染環(huán)保技術(shù)，并已廣泛得到應(yīng)用。電除塵器主要是利用靜電力進(jìn)行除塵，又稱為靜電除塵器，它的基本原理是通過陰、陽極施加直流高壓，氣體電離，懸浮塵粒荷電，荷電塵粒向電極運(yùn)動(dòng)，荷電塵粒沉積在電極上、振打使極板上的粉塵落入灰斗，灰斗再進(jìn)行排灰，從而達(dá)到凈化煙氣和收塵的效果。電除塵器要達(dá)到好的收塵效果, 除了有良好的本體結(jié)構(gòu)外, 還需一個(gè)好的相匹配的供電電源，供電電源包括高壓電源（提供直流高壓，足夠大的電暈電流）和低壓電源系統(tǒng)（提供振打、電加熱、卸灰、輸灰控制等）。近年來電除塵器供電技術(shù)新進(jìn)展主要體現(xiàn)在高壓硅整流設(shè)備（常規(guī)電源）、高頻電源、脈沖電源、三相電源等方面。本文主要針對(duì)火力發(fā)電廠電除塵器電源發(fā)展方向高頻電源進(jìn)行闡述。一高頻電源的發(fā)展及原理隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，電力電子器件從20世紀(jì)80年代，全控型器件開始取代晶閘管，伴隨著雙極型晶體管BJT、大功率晶體管GTR、絕緣柵雙極型晶體管IGBT、智能功率模塊IPM等等電子元件出現(xiàn)，還有軟開關(guān)逆變技術(shù)（高頻化、低開關(guān)損耗提高變換效率）以及新的控制技術(shù)（數(shù)字化和高頻化提高系統(tǒng)的可靠性和提高設(shè)計(jì)靈活性）不斷應(yīng)用普及。國外對(duì)高頻電源技術(shù)長時(shí)間采取封閉措施，我國一直到2005年才進(jìn)口了少量高頻電源。我國電除塵器生產(chǎn)企業(yè)完全自主研究高頻電源設(shè)備，并于2005年完成32KW、0.4A高頻電源開發(fā)，2006年完成48KW、0.6A、64KW、0.8A高頻電源開發(fā)，2007年完成72KW、1.0A高頻電源開發(fā)，且性能達(dá)到國際先進(jìn)水平?；诳煽毓杩刂频母邏汗枵髟O(shè)備： 基本工作頻率為50赫茲，工作電壓波形受到很大限制，對(duì)許多特殊工況顯得力不從心?；鸹ㄏ鐣r(shí)間長達(dá)10ms，使電場(chǎng)能量恢復(fù)時(shí)間過長；輸出電壓紋波3545，使平均電壓低電暈功率小；產(chǎn)生高比電阻粉塵，高比電阻粉塵易產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象，使收塵效率降低；設(shè)備功率因數(shù)低，電源轉(zhuǎn)換效率低致使電除塵器耗電量較大、運(yùn)行費(fèi)用較高；單相供電會(huì)造成負(fù)荷經(jīng)常不平衡；移相控制對(duì)電網(wǎng)干擾也比較嚴(yán)重?；诟哳l開關(guān)技術(shù)的新型電源： 與電網(wǎng)頻率無關(guān)的高頻開關(guān)式一體化電源，提供接近純直流到脈動(dòng)幅度很大的脈沖電壓波形，可針對(duì)特定工況選擇合適波形，從而提高除塵效率，為電除塵器使用高頻電源發(fā)展創(chuàng)造了條件。電除塵器用高頻高壓整流設(shè)備通過有效地使用新材料和新型電力半導(dǎo)體器件，綜合應(yīng)用電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的高效能變換和控制，包括電壓、電流、頻率和波形的變換，從而滿足電除塵器的供電。高頻電源原理圖高頻電源基本原理組成：變換器、高頻變壓器、控制器。高頻電源將工頻三相交流電源整流為直流電源，通過變換器實(shí)現(xiàn)直流到高頻交流電源的轉(zhuǎn)換，高頻整流變壓器實(shí)現(xiàn)升壓和二次整流，輸出直流負(fù)高壓，為ESP供電。高頻電源系統(tǒng)原理框圖二.高頻電源與工頻電源對(duì)比高頻電源輸出電壓逼近工頻電源電壓峰值，與工頻電源相比：l 高頻電源能提供更高的輸出電壓，可達(dá)工頻電源的1.3倍。l 高頻電源能提供更大的輸出電流，可達(dá)工頻電源的2倍。l 高頻電源可有效增大電暈功率，提高除塵效率。高頻電源與工頻電源輸出波形對(duì)比圖技術(shù)指標(biāo)工作頻率電源功率因數(shù)效率直流電壓脈動(dòng)間歇脈沖寬度火花熄滅時(shí)間高頻電源40kHz三相0.90.93%0.7ms30s工頻電源50Hz單相0.80.830%10ms10ms高頻電源與工頻電源技術(shù)指標(biāo)對(duì)比應(yīng)用性能輸出電壓輸出電流排放濃度設(shè)備損耗設(shè)備重量控制室面積系統(tǒng)能耗電纜用量高頻電源130%200%50-70%30%35%05050%工頻電源100%100%100%100%100%100%100100%高頻電源與工頻電源應(yīng)用性能對(duì)比表（以工頻電源為基準(zhǔn)）高頻電源與傳統(tǒng)的可控硅控制工頻電源相比性能優(yōu)異，具有輸出紋波小、平均電壓電流高、體積小、重量輕、成套設(shè)備集成一體化、對(duì)高比電阻粉塵，它有更窄的脈沖、更寬的調(diào)節(jié)范圍從而提高除塵效率。設(shè)備效率與功率因數(shù)均達(dá)到0.9以上（常規(guī)工頻電源的設(shè)備利用率僅為0.7左右），而且高頻電源采用三相電源，負(fù)載平衡等多項(xiàng)顯著優(yōu)點(diǎn)，不僅大大提高了電除塵器配套電源產(chǎn)品的整體控制水平，極大地拓展了電除塵器的適應(yīng)范圍，同等除塵效率條件下高頻電源還比工頻電源節(jié)能20%以上。高頻電源可有效提高了電除塵的收塵效率，是今后電除塵器節(jié)能減排的主力設(shè)備。同常規(guī)的T/R相比，高頻電源可提高靜電除塵器的運(yùn)行電壓，使電除塵器粉塵排放濃度顯著降低。三.高頻電源的特點(diǎn)：1. 基于高頻開關(guān)技術(shù)的高頻電源是一個(gè)與線路頻率無關(guān)的可變脈動(dòng)電源，頻率為2550KHz，輸出為純直流。它給電除塵器提供了接近純直流到脈動(dòng)幅度很大的各種電壓波形，針對(duì)各種特定的工況，可以提供最合適的電壓波形，從而提高除塵效率。與工頻50/60Hz高壓電源相比，高頻電源純直流供電時(shí)的輸出電壓紋波通常小于5%，遠(yuǎn)小于工頻電源3545的紋波百分比，其閃絡(luò)電壓高，運(yùn)行平均電壓可達(dá)工頻電源的1.3倍，運(yùn)行電流可達(dá)工頻電源的2倍，在同樣的電場(chǎng)里，能夠輸入更多的功率，從而能夠有效的提高收塵效率。高頻電源間歇供電時(shí)可有效抑制反電暈現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)保效節(jié)能，特別適用于高比電阻粉塵工況。2.高頻電源采用混合諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的逆變器，功率器件關(guān)斷損耗為零，不僅降低器件的關(guān)斷能力，提高效率，也減少電磁干擾。同時(shí)，設(shè)計(jì)良好的串聯(lián)諧振逆變器有恒流特性，在輸出短路時(shí)有極好的限流能力，可以提高系統(tǒng)的可靠性，特別適合電除塵器火花沖擊、短路頻繁的現(xiàn)場(chǎng)工況條件。而局域并聯(lián)諧振電路有利于輕載運(yùn)行穩(wěn)定性，有利于間歇供電方式下供電周期電流波形的穩(wěn)定性，有利于改善二次電流波形，有利于提高設(shè)備功率因數(shù)，有利于提高設(shè)備效率。該逆變器是以全橋串聯(lián)諧振為主，兼有局域并聯(lián)諧振的混合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以有效抑制電場(chǎng)火花的電流沖擊，可以迅速地熄滅火花并且快速恢復(fù)電場(chǎng)能量，能滿足電除塵器持續(xù)火花放電和短路沖擊的要求，適應(yīng)負(fù)載的大范圍變化，提高除塵效率。3.高頻電源采用單片機(jī)為核心的微機(jī)控制器?；鸹z測(cè)與控制采用全新硬件檢測(cè)，對(duì)各種火花檢測(cè)特別可靠，對(duì)微弱火花也捕捉無遺。閃絡(luò)電流無沖擊波，電場(chǎng)電壓恢復(fù)極快，損失極小。具有純直流供電與間歇供電兩種方式，純直流供電采用調(diào)頻方式調(diào)壓，間歇供電Pon及Poff均可調(diào)節(jié)，針對(duì)各種特定的運(yùn)行工況，可以提供各種合適的電壓波形，特別適用于前電場(chǎng)及高比電阻粉塵，能有效抑制反電暈現(xiàn)象的發(fā)生。高頻電源安裝于第一電場(chǎng)能解決前電場(chǎng)電暈封閉最有效的手段，由于“空間電荷效應(yīng)”的原因，第一電場(chǎng)電流通常很小，提高電流十分困難。為了提高電流，工頻電源常常采用強(qiáng)行供電和高火花工作方式，但是仍然效果不佳。采用高頻電源可以輕松地將電流提高一倍。增大荷電強(qiáng)度，減輕后電場(chǎng)的負(fù)荷，這種電源應(yīng)用方案已在工業(yè)應(yīng)用實(shí)踐中得到驗(yàn)證。針對(duì)電除塵器負(fù)載變化的特殊性，高頻電源充分展現(xiàn)了控制性能靈敏、電壓恢復(fù)快、保護(hù)功能完善等優(yōu)點(diǎn)。4.高頻電源體積小、重量輕，只有常規(guī)工頻電源的幾分之一，占地空間小，便于安裝。采用三相電源平衡輸入，對(duì)電網(wǎng)無污染，無缺相損耗，屬于綠色電源。效率與功率因數(shù)高，效率通常大于93%，功率因數(shù)通常也大于93%，比工頻電源節(jié)能20%以上。高頻電源安裝在除塵器頂部，設(shè)備集成一體化，電纜用量明顯減少，同時(shí)，不占用控制室空間，還可以節(jié)省土建施工成本。5.高頻電源具有高低壓一體化控制功能，包括振打控制和斷電振打控制，高頻電源還具有反電暈檢測(cè)控制，采用大屏幕LCD中文顯示控制終端作為人機(jī)接口，240128點(diǎn)陣帶背光，圖形菜單操作，人機(jī)交流簡潔明了。使用通訊協(xié)議與上位機(jī)接口，能夠接受計(jì)算機(jī)的各種命令，并將高頻電源的各種參數(shù)、故障狀態(tài)、運(yùn)行工況實(shí)時(shí)傳送至計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程軟啟動(dòng)。軟停機(jī)功能。四.結(jié)語我國電除塵器高頻電源自主技術(shù)已日漸完善，廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、冶金、化工等眾多行業(yè)的煙氣粉塵治理。高頻電源的廣泛應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了電除塵器配套電源技術(shù)水平質(zhì)的飛躍，極大拓展了電除塵器的適用范圍，對(duì)我國環(huán)保設(shè)備配套電源產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級(jí)產(chǎn)生了重大的影響和積極的推動(dòng)作用。參考文獻(xiàn)：1趙會(huì)良, 羅承沐, 等. 電除塵中的高壓供電技術(shù). 高電壓技術(shù),1996 ,22 (1) :66692 李濟(jì)吾等, 電除塵器高壓脈沖供電技術(shù)研究, 第八屆全國電除塵學(xué)術(shù)會(huì)議論文集3 蒙